直缝管筒折弯成形原理研究

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1、直缝管筒折弯成形原理的研究摘　要针对国内大直径焊接钢管的制管现状，从板料的塑性弯曲理论入手，采用数学解析法，对直缝管筒折弯成形过程进行了工程理论描述，建立了直缝管筒折弯成形的数学模型。关键词直缝管筒塑性成形逐步折弯成形1.前言随着我国输送管线建设的迅速发展，大直径焊接钢管的需求量日益增加。湖北三环集团锻压机床厂应市场要求，生产了一台PPEB5200/125电液伺服数控折弯机，该机的公称压力5200吨，折弯长度12.2米，是大直缝管生产线中的大型折弯成形单元，与之相匹配的折弯成形工艺方案、模具设计等都需要相应的板料塑性弯曲理论加

2、以指导。2.逐步折弯成形的理论分析直缝管筒成形是一个逐步折弯成形的过程，如何根据折弯机的具体情况选取最优的折弯成形工艺方案，以提高制件质量，需要对直缝管筒的逐步折弯成形过程进行理论分析，建立数学模型。按板料变形受力状态来分，折弯成形过程分为不对称折弯模式和对称折弯模式。设折弯成形次数为n次，前（n-1）次为不对称折弯模式，最后一次为对称折弯模式。2.1不对称折弯模式如图1所示，设P(i)为第i次折弯时的实际折弯力，V为下模开口距离，Rp为上模半径，R0为管筒外半径，Rd为下模圆角半径，t为板厚。△(i)为第i次折弯时的折弯深度

3、。板料与下模的接触点分别为Q1、Q2，在Q1点，下模对板料的正压力和摩擦力分别为N1(i)、F1(i)，在Q2点，下模对板料的正压力和摩擦力分别为N2(i)、F2(i)。板料与上模接触点为A1、A2。按照刚－塑性假定，A1A2段为塑性段，内半径近似为上模半径Rp。直线A1Q1段、弧A2Q2段为刚性段。在刚－塑性转换点A1、A2有：MA1=MA2=MP。MP为初始塑性屈服弯距。αV/2Vγβα根据力及力矩平衡关系，有：(1)根据板料变形的几何关系，有：(2)式（1）、（2）为不对称折弯模式的两组基本方程。在材料属性及模具参数已知

4、的前提下，当第i次折弯时的折弯力P(i)、折弯深度△(i)、直边长度LZ(i)或折弯角度α(i)这四个变量中有一个确定时，即可解出另外三个变量。2.2对称折弯模式根据材料的刚－塑性假定，在图2中点A为刚塑性的转换点，MA=MP。弧AQ和A’Q’段为刚性段，其内半径RP’为回弹后的内半径。弧AA’段为塑性段，其内半径近似为上模半径RP，由左右对称的特点，有α(n)=β(n)。γγβαα-β（3）根据板料变形的几何关系，有：（4）同样，式（3）、（4）给出了最后一次折弯成形时的折弯力P(n)、折弯深度△(n)、折弯角σ(n)三个变

5、量之间的相互关系。2.3联合求解不对称折弯模式和对称折弯模式的数学模型只是建立了直缝管筒单次折弯的相关变量的依赖关系，而逐步变形的连续性方程则是建立直缝管筒每步之间折弯参量的分配关系。设管筒外径为D0，壁厚为t，如不计弯曲时的板厚减薄及中性层移动，则展开宽度：CZK=π(D0-t)(5)设直缝管筒的开口距离为LCK,则直缝管筒的外径D1近似为：D1≈(6)因RP’为回弹后半径，即直缝管筒内半径，又有：D1=2(RP’+t)(7)由以上三式可得RP’与D0的关系为：RP’＝(8)设直缝管筒折弯次数为n，各步折弯弧长为γ(i)，（

6、i＝1，2，…n）。板料单边有效折弯弧长为LCW，根据弯曲前后板料长度近似相等，得到变形的连续性方程：(9)η(i)为每步折弯的送进率，即板料实际送料长度与折弯成形长度的比值。在折弯次数n与下模开口V确定的前提下，即可求解其它各相关变量，从而可以确定直缝管筒逐步折弯成形的工艺方案。3.结论直缝管筒的逐步折弯成形原理与应用的研究具有较大的理论意义和经济效益。本文通过分析直缝管筒逐步折弯成形过程的体系结构，建立了数学模型，对折弯设备的选择、模具设计、以及折弯成形工艺方案的制定等等，提供了理论依据。参考文献1肖景容.李尚健《塑性成形

7、模拟理论》华中理工大学出版社　19892曹简　《板料成形数值模拟研究进展》海内外青年科学家论坛19983郑莹.吴勇国等《板料成形数值模拟进展》塑性工程学报　1996